近日，北京理工大学张帅龙和暨南大学李宇超等研究团队在《Laser Photonics Reviews》期刊发表了题为《Power Micromachines With Light》的综述论文，系统探讨了光学微操控技术在光驱动微机械领域的应用与发展。北京理工大学博士生徐冰睿与暨南大学博士生赵亚楠为共同第一作者；该论文的共同通讯作者为张帅龙教授和李宇超副教授。该综述得到了暨南大学李宝军教授的指导。
光操控技术是一类利用光来精准控制和驱动微观物体的微操作技术，在生物研究、微结构力学分析及诊断成像等领域发挥着关键作用。近年来，随着光操控技术与先进微纳制造技术的融合，“光驱动微机械”这一新兴研究领域迅速崛起，并吸引了材料科学、生物技术、微机电系统等多个学科的广泛关注。光操控技术的持续发展，不仅推动了智能传感器、微型设备等创新应用的诞生，还赋予了微机械更强的操控能力，突破了传统技术的局限。本综述系统梳理了光镊（OT）与光电镊（OET）两种核心光学操控技术，深入探讨其在光驱动微机械领域的应用，并对两者进行对比分析，为未来更高效、智能的光操控微机械技术发展提供新思路。
图1 光学操控技术的发展历史
光镊与光电镊：光学微操控的两大核心技术
本研究重点介绍了两种重要的光学微操控技术：光镊（Optical Tweezers）和光电镊（Optoelectronic Tweezers），并深入探讨了它们在光驱动微机械领域的应用。
光镊（Optical Tweezers）：利用强聚焦激光束产生的光学梯度力，实现对微米级乃至纳米级颗粒的非接触式捕获和操控。其高精度和无损伤的特点，使其广泛应用于生物医学研究，如细胞操作、DNA操控、分子相互作用研究等。此外，光镊技术在精密光学制造、纳米粒子操控和光学传感等领域也发挥着重要作用。文中详细介绍了光镊技术在人工微机电系统领域与生物微机电系统领域的应用。
图2 光镊的物理机制
图3 光镊系统概览
图4 基于光镊（OT）的人工微机电系统操控
图5 基于光镊（OT）的生物微机电系统操控
光电镊（Optoelectronic Tweezers）：结合了光学和电场效应，能够在低功率条件下实现对微纳颗粒的精确操控，并且适用于大规模并行操作。光电镊技术的优势在于：
- 低功率高效操控：相比传统光镊，光电镊所需的光功率更低，适用于长时间稳定操控。
- 大面积并行操作：光电镊可以同时操控大量微纳颗粒，在微流控、生物检测和微电子制造等领域展现出巨大潜力。
- 复杂模式设计：通过空间光调制器（SLM）等技术，可实现对目标颗粒的灵活排列，为构建可重构微机械系统提供了新的思路。
文中详细介绍了光电镊技术在人工与生物微机电系统领域的应用与近年来光电镊技术的产业化进程。
图6 光电镊（OET）器件结构与实验装置
图7 光电镊（OET）中不同的物理机制
图8 基于光电镊（OET）的人工微机电系统操控
图9 基于光电镊（OET）的细胞与生物微结构操控
图10 光电镊技术的产业化应用
本综述重点探讨了两种重要的光学操控技术——光镊（OT）和光电镊（OET），及其在微机械领域的前沿应用。光镊自问世以来，凭借非接触、非侵入的微纳操控能力，已广泛应用于物理、化学和生物学研究，并在三维操控、并行操控以及微结构旋转等领域取得了显著进展。然而，其性能仍受限于目标物体的物理特性，如尺寸、形状及折射率。未来，光镊技术的智能化、集成化发展将推动其从科研工具向更广泛的微操作和微制造技术演进。
相较于光镊，光电镊是一种新兴技术，它利用可编程光图案在光电导表面产生局部电场，实现对微纳米物体的精准操控。光电镊在并行操控、大尺度微机械操控方面表现突出，并已催生出诸如微电机、微机器人和多组分微机械系统等一系列创新应用。尽管当前仍面临体外实验的局限性，研究人员正积极探索新型光电导材料、智能化系统集成以及机器学习辅助路径规划，以进一步提升光电镊技术的适应性和自动化水平。
光操控技术的持续发展不仅推动了光驱动微机械的创新，同时，微机械的发展也反向促进了光操控技术的进步，二者相辅相成、相互促进。这一领域的不断突破，必将为生物医学、物理科学及工程技术等多个学科带来深远影响，为未来科技创新开辟全新方向。
近日，北京理工大学张帅龙和暨南大学李宇超等研究团队在《Laser Photonics Reviews》期刊发表了题为《Power Micromachines With Light》的综述论文，系统探讨了光学微操控技术在光驱动微机械领域的应用与发展。北京理工大学博士生徐冰睿与暨南大学博士生赵亚楠为共同第一作者；该论文的共同通讯作者为张帅龙教授和李宇超副教授。该综述得到了暨南大学李宝军教授的指导。
光操控技术是一类利用光来精准控制和驱动微观物体的微操作技术，在生物研究、微结构力学分析及诊断成像等领域发挥着关键作用。近年来，随着光操控技术与先进微纳制造技术的融合，“光驱动微机械”这一新兴研究领域迅速崛起，并吸引了材料科学、生物技术、微机电系统等多个学科的广泛关注。光操控技术的持续发展，不仅推动了智能传感器、微型设备等创新应用的诞生，还赋予了微机械更强的操控能力，突破了传统技术的局限。本综述系统梳理了光镊（OT）与光电镊（OET）两种核心光学操控技术，深入探讨其在光驱动微机械领域的应用，并对两者进行对比分析，为未来更高效、智能的光操控微机械技术发展提供新思路。
图1 光学操控技术的发展历史
光镊与光电镊：光学微操控的两大核心技术
本研究重点介绍了两种重要的光学微操控技术：光镊（Optical Tweezers）和光电镊（Optoelectronic Tweezers），并深入探讨了它们在光驱动微机械领域的应用。
光镊（Optical Tweezers）：利用强聚焦激光束产生的光学梯度力，实现对微米级乃至纳米级颗粒的非接触式捕获和操控。其高精度和无损伤的特点，使其广泛应用于生物医学研究，如细胞操作、DNA操控、分子相互作用研究等。此外，光镊技术在精密光学制造、纳米粒子操控和光学传感等领域也发挥着重要作用。文中详细介绍了光镊技术在人工微机电系统领域与生物微机电系统领域的应用。
图2 光镊的物理机制
图3 光镊系统概览
图4 基于光镊（OT）的人工微机电系统操控
图5 基于光镊（OT）的生物微机电系统操控
光电镊（Optoelectronic Tweezers）：结合了光学和电场效应，能够在低功率条件下实现对微纳颗粒的精确操控，并且适用于大规模并行操作。光电镊技术的优势在于：
- 低功率高效操控：相比传统光镊，光电镊所需的光功率更低，适用于长时间稳定操控。
- 大面积并行操作：光电镊可以同时操控大量微纳颗粒，在微流控、生物检测和微电子制造等领域展现出巨大潜力。
- 复杂模式设计：通过空间光调制器（SLM）等技术，可实现对目标颗粒的灵活排列，为构建可重构微机械系统提供了新的思路。
文中详细介绍了光电镊技术在人工与生物微机电系统领域的应用与近年来光电镊技术的产业化进程。
图6 光电镊（OET）器件结构与实验装置
图7 光电镊（OET）中不同的物理机制
图8 基于光电镊（OET）的人工微机电系统操控
图9 基于光电镊（OET）的细胞与生物微结构操控
图10 光电镊技术的产业化应用
本综述重点探讨了两种重要的光学操控技术——光镊（OT）和光电镊（OET），及其在微机械领域的前沿应用。光镊自问世以来，凭借非接触、非侵入的微纳操控能力，已广泛应用于物理、化学和生物学研究，并在三维操控、并行操控以及微结构旋转等领域取得了显著进展。然而，其性能仍受限于目标物体的物理特性，如尺寸、形状及折射率。未来，光镊技术的智能化、集成化发展将推动其从科研工具向更广泛的微操作和微制造技术演进。
相较于光镊，光电镊是一种新兴技术，它利用可编程光图案在光电导表面产生局部电场，实现对微纳米物体的精准操控。光电镊在并行操控、大尺度微机械操控方面表现突出，并已催生出诸如微电机、微机器人和多组分微机械系统等一系列创新应用。尽管当前仍面临体外实验的局限性，研究人员正积极探索新型光电导材料、智能化系统集成以及机器学习辅助路径规划，以进一步提升光电镊技术的适应性和自动化水平。
光操控技术的持续发展不仅推动了光驱动微机械的创新，同时，微机械的发展也反向促进了光操控技术的进步，二者相辅相成、相互促进。这一领域的不断突破，必将为生物医学、物理科学及工程技术等多个学科带来深远影响，为未来科技创新开辟全新方向。
